Titel: Beiträge zur zeichnerischen Ausmittlung von Steuerungsgetrieben.
Autor: Anonymus
Fundstelle: 1907, Band 322 (S. 465–468)
URL: http://dingler.culture.hu-berlin.de/article/pj322/ar322157

Beiträge zur zeichnerischen Ausmittlung von Steuerungsgetrieben.

Von L. Baudiss in Wien.

(Schluß von S. 451 d. Bd.)

Den bisher besprochenen Konstruktionen der Ersatzexzentrizität war die Annahme zugrunde gelegt, daß die verschobene Kreuzkopfbahn durch den Mittelpunkt des Kurbelkreises geht.

Dies wird bei einem beliebigen, geschränkten Kurbeltrieb (Fig. 24) der Fall sein, wenn man jene Schubrichtung als mittlere wählt, welche erhalten wird, wenn aus dem Mittelpunkt des Kurbelkreises ein Kreisbogen mit der Stangenlänge als Halbmesser geschlagen, und der Schnittpunkt a0 desselben mit der Kreuzkopfbahn kk' mit dem Kurbelkreismittelpunkt verbunden wird. Die Wahl dieser Schubrichtung hat übrigens den Vorteil, daß hierbei die Abweichungen der Projektionsbögen des Schorchschen Diagramms von den dieselben ersetzenden Geraden (bezw. die Abweichungen der wirklichen von den näherungsweise bestimmten Bahnen) verhältnismäßig gering ausfallen.

Textabbildung Bd. 322, S. 465
Textabbildung Bd. 322, S. 465

Bei unveränderlicher Lage der Kreuzkopfbahn wird also die mittlere Schubrichtung im allgemeinen wie angegeben zu wählen sein.

Findet eine Verdrehung der Kreuzkopfbahn statt, und Hegt der Drehpunkt der Kreuzkopfbahn in a0, so ist die Richtung a0 o für alle Lagen der Kreuzkopfbahn als mittlere Schubrichtung beizubehalten; der Mittelpunkt der verschobenen Bahnellipse fällt mit o zusammen, eine Verschiebung des Ellipsenmittelpunktes bezw. des Mittelpunktes des Ersatzexzenterkreises findet nicht statt.

Fällt dagegen der Drehpunkt der Kreuzkopfbahn nicht mit a0 zusammen, schneidet also der aus o mit dem Halbmesser beschriebene Kreis die einzelnen Kreuzkopfbahnen in verschiedenen Punkten a0 a'0 usw. (Fig. 25), so könnte die Konstruktion der Ersatzexzentrizität für die einzelnen Kreuzkopfbahnstellungen z.B. so durchgeführt werden, daß für jede derselben eine andere (den Geraden a0 o, a'0 o usw. entsprechende) mittlere Schubrichtung gewählt wird.

Die verschobene Kreuzkopfbahn geht hierbei immer durch den Mittelpunkt des Kurbelkreises, es tritt jedoch bei Verdrehen der Kreuzkopfbahn eine Verschiebung der Mittelpunkte der Bahnellipsen ein, welche in der Konstruktion der Ersatzexzentrizität nicht zum Ausdruck kommt und besonders, wie Fig. 25 zeigt, zu ermitteln ist.

Es wird jedoch meist vorteilhafter sein, auch in dem letztbehandelten Fall der Konstruktion der Ersatzexzentrizitäten eine und dieselbe mittlere Schubrichtung für alle Lagen der Kreuzkopfbahn zugrunde zu legen.

Wird z.B. die Verbindungslinie des Drehpunkts der Kreuzkopfbahn mit dem Mittelpunkt des Kurbelkreises als mittlere Schubrichtung gewählt, so fällt der Drehpunkt o'1 der verschobenen Kreuzkopf bahn nol auf die Schubrichtung, aber nicht mit o zusammen; die Mittelpunkte der verschobenen Punktbahnen bezw. der Ersatzexzenterkreise sind, wie schon erwähnt, dem Mittelpunkt o des Kurbelkreises affin, demnach in jedem Fall leicht zu bestimmen. Die Ermittlung der Ersatzexzentrizität kann in ähnlicher Weise wie früher durchgeführt werden.

Textabbildung Bd. 322, S. 465

Für die Gleitbahnlage k1k'1 z.B. (Fig. 26) ergibt sich zunächst der gemeinsame Mittelpunkt der Bahnellipse und des Ersatzexzenterkreises in o' durch Verzeichnen des Dreiecks op1o' ähnlich ⊲ bac; werden die Kurbelstellungen |466| om1 und ob zur Konstruktion benutzt, so ist m1m'1oS zu ziehen und um den Ellipsenmittelpunkt o' und zwar um den Winkel m1ob nach m11m'11 zu drehen; über bb1 die Abbildung b1bc'1 des Stangendreiecks bac verzeichnet, durch c'1 die Senkrechte auf oS errichtet, ergibt sich im Schnitt dieser mit m11 m'11 der Punkt e1 der Ersatzexzentrizität o' e1.

Für die Lage k2k'2 der Gleitbahn ergibt sich der Mittelpunkt des Ersatzexzenterkreises in o''; stellt somit die Verschiebung des Mittelpunktes des Ersatzexzenterkreises für die Verdrehung der Gleitbahn von k1k'1 nach k2k'2 dar. Die Verschiebung, welche dabei die Mittellage des Ausschlages in der Richtung oS erfährt, läßt sich durch Projektion von o'o'' auf oS bestimmen.

Die Verschiebungen, welche der Mittelpunkt des Ersatzexzenterkreises erfährt, kann man sich auch in der Weise berücksichtigt denken, daß bei unveränderlicher Lage desselben die Länge der das Steuerorgan treibenden Stange oder die Ueberdeckungen des Steuerorganes entsprechend geändert werden, wovon später Gebrauch gemacht wird.

Das Maß der Verschiebung der Mittellage des Steuerorganes ist unter sonst gleichen Verhältnissen von dem Abstand der Punkte o und o'1 abhängig. Wird ein einziges Getriebe für die Steuerung beider Zylinderseiten verwendet, so wird eine Verschiebung der Mittellage des Steuerorganes nur in beschränktem Maß zulässig sein (geringe Verschiebungen der Mittellage können mitunter zum Ausgleich von Fehlergliedern ausgenutzt werden), weshalb bei solchen Steuerungen der Abstand oo'1 klein zu halten ist.

Dagegen wird bei Steuerungen, welche für jede Zylinderseite ein besonderes Getriebe besitzen (z.B. den Ventilsteuerungen) ein größerer Abstand oo'1 zulässig sein.

Um hierbei unveränderliches Voreinströmen zu erhalten, wird z.B. bei den der Hackworth-Type entsprechenden Steuerungen bekanntlich die Anordnung meist so getroffen, daß für den Beginn der Einströmung der Stangenpunkt a mit dem Drehpunkt der Kulisse zusammenfällt.

Es ist nun zu untersuchen, welchen Einfluß die Wahl des Abstandes oo'1 bei derartigen Steuerungen auf die Bewegungsverhältnisse des Steuerorganes hat.

Wird z.B. bei der Radovanovic-Ventilsteuerung (Fig. 27) der Abstand des Steuerwellen- und Kulissenwellenmittels gleich der Hebellänge gemacht, so fällt der um l1 längs xx' verschobene Drehpunkt der Kulissenwelle mit o dem Exzenterkreismittelpunkt zusammen.

Die Schubrichtung der Einlaßsteuerstange sei oS (Fig. 28), der Exzenterstellung ob entspricht z.B. der Beginn der Einströmung, die Drehrichtung der Steuerwelle sei die durch den Pfeil angedeutete.

Textabbildung Bd. 322, S. 466

Bildet man über ob den Exzenterhebel in boc1 ab, fällt man ferner von c1 eine Senkrechte auf die Schubrichtung oS, so müssen auf dieser Senkrechten alle Ersatzexzenterpunkte (und zwar für den Einlaß) liegen, wobei der Mittelpunkt der Ersatzexzenterkreise zufolge der gewählten Anordnung immer mit o zusammenfällt, also eine Verschiebung der Mittellage bei Verdrehen der Kulisse nicht eintritt. Man kann z.B. so verfahren, daß man die Ersatzexzentrizitäten derart wählt, daß die gewünschten Füllungsgrade resultieren, indem man von oS aus die halben „Eröffnungswinkel“ aufträgt; dabei entspricht em der größten, e0 der kleinsten (Null-)Füllung. (Man kann auch das Exzenter samt der auf oS errichteten Senkrechten eme0 in jene Stellung obt drehen, welcher die Totlage der Maschinenkurbel entspricht, und dann von der durch o auf oS errichteten Senkrechten die Voreilwinkel auftragen und auf diese Weise die Ersatzexzenterpunkte e'me'0 ... bestimmen.)

Verbindet man em und e0 mit b, so sind emb und e0b jene Geraden, welche bei der Bestimmung der Ersatzexzenter nach Früherem als Ort der Ersatzexzenterpunkte e erhalten werden, wenn man aus den Schnittpunkten der Kulissenachsen mit dem Exzenter (Kurbel-)Kreis Senkrechte auf oS zieht und diese samt dem Exzenter soweit dreht, daß letzterer nach ob kommt. Man hat also, um die den gewählten Ersatzexzentrizitäten entsprechenden Kulissenlagen zu finden, die beiden Geraden emb und e0b samt dem Exzenter soweit zu drehen, daß diese Geraden auf oS senkrecht stehen; hierdurch ergeben sich die Kulissenlagen om1 und om0.

Textabbildung Bd. 322, S. 466
Textabbildung Bd. 322, S. 466

Die Kulissenlagen lassen sich bei gegebenen Füllungsgraden, wie früher erwähnt, auch so bestimmen, daß man die dem Beginn und dem Schluß der Einströmung entsprechenden Exzenterstellungen einträgt (ob und obm) (Fig. 29) durch c, eine Senkrechte auf oS errichtet, b mit bm verbindet; nach den Regeln der Affinität muß die entsprechende Kulissenlage (Affinitätsachse) durch den Schnittpunkt von bbm mit der auf oS senkrechten Geraden hindurchgehen.

In Fig. 28 ist die sog. Scheitel- (oder Zentral-)linie der Ersatzexzenter in e'm e'0 in der der Totlage der Maschinenkurbel entsprechenden Stellung eingezeichnet; die im vorliegenden Fall resultierende Lage der Scheitellinie hat bekanntlich den Nachteil, daß hierbei für verschiedene Füllungsgrade große Verschiedenheiten bezüglich der Größe der Exzentrizität und der Eröffnung des Steuerorganes resultieren.

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Wird der Abstand des Steuerwellen- und Kulissenwellenmittels größer gemacht als die Hebellänge so fällt der um ab längs xx' verschobene Kulissendrehpunkt außerhalb o, z.B. nach o' (Fig. 30).

Um unveränderliches Voreinströmen zu erhalten, wird die Exzenterlage os dem Beginn der Einströmung entsprechend zu wählen sein; dabei fällt der Punkt a des Exzenterhebels mit dem Kulissendrehpunkt zusammen, so daß bei dieser Lage der Steuerung eine Verdrehung der Kulisse keine Veränderung der Lage des Steuerorganes verursacht.

Textabbildung Bd. 322, S. 467
Textabbildung Bd. 322, S. 467

Die Konstruktion der Ersatzexzenter möge nun vorerst so durchgeführt werden, daß o' mit o zusammenfallend vorausgesetzt wird und die durch die exzentrische Lage von o' verursachten Verschiebungen der Bahnellipsen besonders ermittelt werden.

Es ist demnach wie im früheren Fall über ob die Abbildung des Exzenterhebels zu verzeichnen, durch c1 die Senkrechte auf oS zu ziehen, auf welcher die Endpunkte der Ersatzexzentrizitäten liegen müssen.

Es ist aber hier zu beachten, daß nicht die Kurbel (bezw. Exzenter-) Lage ob, sondern die Lage os dem Beginn der Eröffnung entspricht; um also die Ersatzexzentrizitäten in der dem Voreinströmen entsprechenden Lage zu erhalten, ist die Scheitellinie samt dem Exzenter so zu verdrehen, daß letzteres nach os kommt. Dabei gelangt die Scheitellinie in die Lage σσ'.

Trägt man von oS in bekannter Weise die halben Eröffnungswinkel für die einzelnen Füllungsgrade ab, so ergeben sich z.B. für die größte und die kleinste Füllung die Ersatzexzenterpunkte em und e0.

(Zumeist wird die Scheitellinie in jener Lage gezeichnet, welche der Totlage der Maschinenkurbel entspricht; hat dabei das Exzenter die Stellung os', so ergibt sich die zugehörige Lage der Scheitellinie durch Verdrehen von σσ' nach σ1σ'1 um den ∡ sos'.)

Würde keine Verschiebung der Mittelpunkte der Ersatzexzenterkreise eintreten (wäre also bei unserer Annahme, daß o' und o zusammenfällt, die „Ueberdeckung“ des Steuerorganes unveränderlich), würde diese Form der Scheitellinie unbrauchbar sein.

Soll aber bei der Exzenterstellung os für jeden Füllungsgrad die Eröffnung beginnen, was ja in Wirklichkeit der Fall ist, so müßte bei unveränderlicher Lage des Mittelpunktes der Ersatzexzenterkreise die „Ueberdeckung“ die aus der Figur zu entnehmende Aenderung erfahren, welche durch Projektion der einzelnen Ersatzexzentrizitäten auf oS zu bestimmen ist. Durch diese „Deckungsänderung“ kann man sich demnach die tatsächlich eintretende Verschiebung des Mittelpunktes der Bahnellipsen ersetzt denken.

Textabbildung Bd. 322, S. 467
Textabbildung Bd. 322, S. 467
Textabbildung Bd. 322, S. 467
Textabbildung Bd. 322, S. 467

Wie leicht einzusehen, ergeben sich bei der vorliegenden Form der Scheitellinie günstigere Eröffnungsverhältnisse als im früher behandelten Fall.

Dabei ist aber zu beachten, daß dies nur für die in Fig. 30 angegebene Drehrichtung der Steuerwelle gilt; würde für dieselbe Lage des Kulissendrehpunktes o' der entgegengesetzte Drehungssinn der Steuerwelle gewählt, würden sich noch ungünstigere Eröffnungsverhältnisse als im früheren Fall ergeben.

Man kann demnach bei Entwurf einer solchen Steuerung auch so vorgehen, daß man von vornherein die Scheitellinie e0em annimmt; der Winkel, welchen e0em mit der auf oS senkrechten Richtung einschließt, muß gleich ∡ bos sein, wodurch die Exzenterlage os und dadurch o' gegeben ist.

Die Wahl der Exzenterlage os, d.h. des Abstandes oo' ist jedoch nicht ganz willkürlich, da u.a. zu starke Schrägstellungen der Kulisse (d.h. das sogen: „Spießen“ der Steuerung) ausgeschlossen sein müssen.

Wird außerdem vom selben Exzenter nicht nur das Einlaßsteuerventil, sondern auch das Auslaßventil derselben Zylinderseite betätigt, so wird für die Wahl der Lage os des Exzenters (welche dem Beginn der Einströmung entspricht) wie bekannt die bei der Auslaßsteuerung zu erzielende Dampf Verteilung maßgebend sein.

Wird die Lage des den Auslaß steuernden Punktes am Exzenterring wie in Fig. 21 angegeben (d.h. in die Schubrichtung der Auslaßsteuerstange fallend) gewählt, so wird, wie im Früheren ausgeführt, die Auslaßsteuerung durch die Verdrehung der Kulisse bezw. Füllungsänderung nicht beeinflußt, wenn der (verschobene) Kulissendrehpunkt o'1 mit dem Mittelpunkt o des Exzenterkreises zusammenfällt; ist letzteres nicht der Fall, liegt also o'1 ausserhalb |468| o (Fig. 31), so findet bei Verdrehen der Kulisse (z.B. aus der Lage k1k'1 nach k2k'2) eine Verschiebung des Mittelpunktes der Bahnellipse des den Auslaß steuernden Punktes und zwar von o' nach o'' statt.

Der Voraussetzung gemäß ist jedoch o'o'' (weil ∥ bc1) senkrecht auf oS, d.h. die Verschiebung des Bahnmittelpunktes ist für den Ausschlag längs der Schubrichtung oS unwirksam.

Wird jedoch der den Auslaß steuernde Punkt des Exzenterringes nicht in die Schubrichtung der Auslaßsteuerstange gelegt, steht also bc1 nicht senkrecht auf oS, so wird die Verschiebung des Bahnmittelpunktes auch eine Verschiebung der Mittellage des Ausschlages längs der Auslaßschubrichtung verursachen, welche Verschiebung auf die Dampfverteilung Einfluß hat und wie im Früheren angegeben zu ermitteln ist.

In den Fig. 33 und 35 ist noch die Bestimmung der Scheitellinie der Ersatzexzentrizität für die Hackworth-Umsteuerung der Anordnung nach Fig. 32 und 34 unter Voraussetzung einer stehenden Maschine durchgeführt; da in diesem Fall die Schubrichtung oS der Schieberbewegung senkrecht steht auf der mittleren Schubrichtung xx' des Exzenterhebels, schließen die Strahlen bev und ber mit oS dieselben Winkel Ω1 und Ω2 ein, welche die zugehörigen Kulissenlagen mit xx' bilden.

Es kann bei Entwurf der Steuerung so vorgegangen werden, daß z.B. die Ersatzexzentrizität und der zugehörige Kulissenausschlag für den größten Füllungsgrad angenommen, und daraus der Halbmesser des Exzenterkreises und das Hebelverhältnis des Exzenterhebels bestimmt wird, was dann empfehlenswert sein wird, wenn große Füllungsgrade (unter Vermeidung zu starker Schränkung der Kulisse) eingestellt werden sollen.

Außer den behandelten lassen sich selbstverständlich noch zahlreiche Steuerungsaufgaben mittels der angegebenen Verfahren lösen, worauf hier nicht weiter eingegangen werden soll.

Als Vorteil des entwickelten Näherungsverfahrens sei noch hervorgehoben, daß die Abweichung der wirklichen Bahnlinie des steuernden Punktes von der näherungsweise bestimmten in jedem Fall leicht beurteilt werden kann.

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